Wie Wissenschaftler der Rockefeller University bewiesen haben, ermöglicht ein bisher unbekannter genetischer Trick den Ameisen, Gerüche mit außergewöhnlicher Genauigkeit wahrzunehmen. Sie nutzen einen speziellen Block, der andere Gene unterdrückt. Es gilt eine strenge Regel.
Die Welt der Ameisen ist erstaunlich. Kürzlich haben wir berichtet, dass neueste Forschungen zeigen, dass iberische Ernteameisen in der Lage sind, etwas zu tun, was bisher unmöglich schien – Nachkommen einer anderen Art zu „produzieren”.
Diese Entdeckung verändert unser Verständnis von Evolution und Artengrenzen. Jetzt ist bekannt, woher Ameisen ihren Supergeruchssinn haben.
Ein Rezeptor, ein Neuron
Wie in Current Biology zu lesen ist, haben Wissenschaftler, die geklonte Ameisen untersuchen, einen einzigartigen Prozess entdeckt, bei dem jedes Neuron einen Geruchsrezeptor aus einer umfangreichen Genbibliothek auswählt. Sie lösen damit ein seit langem bestehendes Rätsel, wie Ameisen klare sensorische Signale bewahren.
Das Grundprinzip des Geruchssinns besteht darin, dass jedes Neuron seine eigene molekulare Identität haben muss. Das ist ein unumstößliches Dogma. Verschiedene Arten lösen das Rätsel „ein Rezeptor, ein Neuron” auf unterschiedliche Weise.
Es ist jedoch nicht bekannt, ob Ameisen eine Strategie verwendet haben, die eher der von Fliegen oder Mäusen ähnelt, oder eine völlig andere. Im Gegensatz zu Fruchtfliegen, die mit etwa 60 Geruchsrezeptoren auskommen, haben Ameisen mehrere hundert – vergleichbar mit Säugetieren.
Viele ihrer Rezeptoren sind in Clustern fast identischer Gene gruppiert. In einer derart überfüllten Nachbarschaft kann die Aktivierung eines Gens zufällig andere aktivieren. Daraus folgt, dass Ameisen das Verhältnis von 1:1 auf andere Weise aufrechterhalten.
Untersuchung der DNA von Ameisen
Nach dem Schneiden des Gewebes der Fühler geklonter Ameisen verwendete das Wissenschaftlerteam RNA-Sequenzierung, um zu bestimmen, welche Gene aktiv sind, und RNA-Hybridisierung in situ, um diese Gene in den Fühlern der Ameisen zu lokalisieren. Anschließend verwendeten sie eine Vielzahl moderner molekularer und computergestützter Techniken, um ein klares Bild des ausgewählten Rezeptors zu erstellen, der von seiner unterdrückten Umgebung umgeben ist.
Sie fanden heraus, dass ein Ameisennervenzelle, wenn sie das ausgewählte Rezeptorgen aktiviert, nicht dabei stehen bleibt. Die RNA-Polymerase – der Motor, der DNA in RNA kopiert – arbeitet über den normalen Endpunkt des Gens hinaus weiter und breitet sich auf die darunter liegenden Gene aus.
Diese „abgelesenen” Transkripte bleiben im Zellkern eingeschlossen, wahrscheinlich aufgrund des Fehlens eines einzigartigen Markers, der für den Export erforderlich ist. Die Polymerase wirkt hier als Blocker und dämpft Gene, die sich weiter oben in der Kette befinden und sonst aktiviert werden könnten. Das Ergebnis ist ein schützender genetischer Schild um das ausgewählte Rezeptorgen herum.
„Wir haben festgestellt, dass diese Strategie dazu dient, die lokale Genomumgebung zu unterdrücken und der Zelle die Identität eines einzelnen Rezeptors zu verleihen”, erklärte Parviz Pastor, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor von Kronauer.
Nicht nur Ameisen
Das Team bestätigte, dass derselbe Blockierungsmechanismus auch bei anderen sozialen Insekten funktioniert, darunter der indische Springameise und der Honigbiene. Diese Entdeckungen deuten darauf hin, dass viele Insekten, sowohl soziale als auch nicht-soziale, Transkriptionsinterferenz nutzen, um ein Verhältnis von 1:1 zwischen Rezeptoren und Neuronen aufrechtzuerhalten.
Dieser Mechanismus könnte noch weiter verbreitet sein als wir dachten, insbesondere bei Insektenarten mit einem reichen Repertoire an Geruchsrezeptorgenen,
sagte Kronauer.
Die Ergebnisse deuten auch auf einen möglichen Mechanismus hin, der erklärt, wie Ameisen ihren Geruchssinn in einer relativ kurzen Evolutionsphase schnell entwickelt haben.
